DE1061421B

DE1061421B - Relais mit einer von der Kurvenform der zu ueberwachenden elektrischen Groesse abhaengigen Ansprechempfindlichkeit

Info

Publication number: DE1061421B
Application number: DEL24875A
Authority: DE
Inventors: Heinz Gutmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-05-17
Filing date: 1956-05-17
Publication date: 1959-07-16

Description

DEUTSCHES

Die Hauptpatentanmeldung bezieht sich auf ein Relais mit einer von der Kurvenform der zu überwachenden elektrischen Größe abhängiger Ansprech^j empfindlichkeit. Dieses Relais wird vorzugsweise in Verbindung mit Schutzeinrichtungen elektrischer Anlagen und Leitungen verwendet und dient dabei zur Verhinderung von Fehlauslösungen, die beispielsweise durch das Einschalten von Transformatoren hervorgerufen werden können.

Bei der Anordnung gemäß der Hauptpatentanmeldung wird das Relais über zwei Doppelweg-Gleichrichteranardnungen in Brückenschaltung gespeist, wobei durch Einschalten frequenzabhängiger Widerstände in einen Wechselstromkreis der Gleichrichteranordnungen eine Anhebung der Oberwellen im Vergleich zur Grundwelle bewirkt wird. Gemäß der Erfindung der Hauptpatentanmeldung wird die an einem in den Meßkreis eingeschalteten frequenz abhängigen Widerstand abfallende Spannung über ein nachgeschaltetes Filter einer der beiden Gleichrichteranordnungen zugeführt; das Filter ist so bemessen, daß die Amplitude mindestens einer der in sein Ausgangsstrom enthaltenen Oberwellen größer ist als die Amplitude der Grundwelle. Ein ohmscher Shunt, dessen an ihm abfallende Spannung über einem vorzugsweise induktiven Vorwiderstand die andere Gleichrichteranordnung speist, ist in Reihe mit dem induktiven Shunt in den Stromkreis eines auf seinen Oberwellengehalt zu untersuchenden Stromes, insbesondere in den Meßstromkreis einer Netzschutzeinrichtung, eingeschaltet.

Die Arbeitsweise dieser Relaisanordnung ist so, daß beispielsweise bei rein sinusförmiger Meßgröße der das Relais betätigende Differenzstrom, der aus dem durch den Spannungsabfall am ohmschen Shunt hervorgerufenen Strom und dem durch den Spannungsabfall am induktiven Shunt hervorgerufenen Strom resultiert, geringer ist als der Ansprechstromwert des Relais oder aber entgegegesetzes Vorzeichen hat. Ist die zu untersuchende Meßgröße oberwellenhaltig, so tritt an dem induktiven Shunt für die höheren Harmonischen der Grundwelle ein größerer Spannungsabfall auf als an dem ohmschen Shunt. Durch das nachgeschaltete Filter wird diese Spannung so beeinflußt, daß mindestens die Amplitude einer Oberwellenspannung im Vergleich zur Amplitude der Grundwellenspannung über deren Wert hinaus verzögert wird; nach Gleichrichtung dieser Spannung ist dann der durch sie hervorgerufene Strom so groß, daß mit Sicherheit der das Relais speisende DifFerenzstrom den Ansprechstromwert des Relais überschreitet, so daß dieses anspricht. Das Relais kann auch in der Weise verwendet werden, daß es nur auf oberwellen-freie elektrische Meßgrößen anspricht; in diesem Fall

Relais mit einer von der Kurvenform
der zu überwachenden elektrischen Größe abhängigen Ansprechempfindlichkeit

Zusatz zur Patentanmeldung L 24697 VIIDb/21 c
(Auslegeschrift 1 046 162)

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Heinz Gutmann, Heiligenhaus (Bez. Düsseldorf), ist als Erfinder genannt worden

sind entweder das Relais selbst oder die beiden Gleichrichtersätze der Brückenschaltung umzupolen. Ein dem nur auf oberwellenhaltige Meßgrößen ansprechenden Relais zugeordneter Ruhekontakt oder ein Arbeitskontakt, der dem auf nur oberwellenfreie elektrische Meßgrößen ansprechenden Relais zugeordnet und z.B. in den Auslösebetätigungsstromkreis einer DifFerentialschutzeinrichtung eingeschaltet ist, verhindert auf diese Weise eine Auslösung des Differentialschutzes, wenn beispielsweise der zu überwachende' Strom eines Transformators infolge eines Einschaltv/rganges oberwellenhaltig ist. /

Da die Shunts der Relaisanordnung^n jedem Falle an die Sekundärseite von Stromwand^ern angeschlossen werden, wobei unter Umständen a^ich noch weitere Zwischenstromwandler eingefügt seja können, ist es wichtig, daß die im Kurzschlußfall''praktisch sinusförmigen Ströme der Primärseite/auch hinreichend unverzerrt an den Eingangskreis ies Relais weitergeben werden. Dies ist aber im iereich sehr hoher Kurzschlußströme bekanntlich nipt mehr unbedingt der Fall, so daß dann die Auslösung des Fehlerschutzes fälschlicherweise verhindert Verden kann.

Gegenstand der vorliegender Erfindung ist eine nach dem in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Prinzip arbeitende Relaisanord/ung, bei der die obenerwähnten Unsicherheitsfaktopi vollkommen ausgeschaltet sind.

Da die durch die Wandlireigenschaften hervorgerufenen Verzerrungen des/ekundärstromes. erst bei Stromwerten vorkommen Ipnnen, die oberhalb des

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beim Einschalten von sekundär offenen Transformatoren auftretenden Einschaltstromes liegen, wird vorgeschlagen, die Auslösung des Fehlerschutzes — im angenommenen Falle also des Transformator-Differentialschutzes — bei hohen Strömen grundsätzlich freizugeben. Gemäß der Erfindung ergeben sich hier zwei schaltungsmäßig verschiedene Lösungen:

Im ersteren Falle wird in den Stromkreis der zu überwachenden Meßgröße zusätzlich ein gewöhnliches Überstromrelais eingeschaltet, das unabhängig von der Kurvenform der Meßgröße bei einem Stromwert anspricht, der oberhalb des Einschaltstromes liegt. Ein diesem Relais zugeordneter Arbeitskontakt, der beispielsweise einem Ruhekontakt des kurvenformabhängigen Relais parallel geschaltet ist, gibt bei Ansprechen des Uberstromrelais die Auslösemöglichkeit durch das Fehlerschutzrelais unabhängig davon frei, ob das kurvenformabhängige Relais angesprochen hat oder nicht.

In manchen Fällen kann es sogar statthaft sein, ein solches zusätzliches, relativ hoch eingestelltes Überstromrelais auch unabhängig vom Fehlerschutzrelais direkt auf die Auslösung wirken zu lassen. Dies ist immer dort der Fall, wo die eingestellte Empfindlichkeit ein Ansprechen des Überstromrelais bei außerhalb des Schutzbereiches gelegenen Fehlern mit Sicherheit ausschließt.

Die Verwendung eines zusätzlichen Überstromrelais bedeutet allerdings auch einen Mehraufwand. Gemäß der zweiten Lösung der Erfindung kann dieser Mehraufwand dadurch vermieden werden, daß man die Oberwellenempfindlichkeit des nach dem Hauptpatent ausgebildeten Sperr- oder Freigaberelais auch von dem Betrag der zu überwachenden Meßgröße abhängig macht und zwar in der Art, daß mit steigendem Betrag der Meßgröße oder von einem gewissen Wert des Betrages ab der Einfluß der Oberwellen auf die Wirkungsweise des Relais vermindert wird. Dieses ist mit einfachen Mitteln und in mannigfacher Weise durchführbar, was im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert wird.

Im Gegensatz zu der in der Hauptpatentanmeldung dargestellten Schaltung ist in der Zeichnung die Schaltung für ein bei Abweichung von der Sinuskurvenform ansprechendes Relais; dargestellt, bei der der ohmsche Shunt 1 und der induktive Shunt 2 — das diesem Shant nachgeschaltete Filter ist nicht dargestellt, da ei zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht ron Bedeutung ist — beispielsweise über zwei besondere Zwischenwandler 8 und 9 gespeist werden, derer Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind und von dem Strom / durchflossen werden. Der Primärstrom J dieser Zwischenwandler kann der Sekundärstrom des/der Hauptstrom wandler des zu schützenden Otjektes sein; es können jedoch auch noch andere Zwischenwandler, z. B. zur Anpassung der Schaltgruppt oder zur Übersetzung, zwischengeschaltet sein. Las bedeutet, wie schon oben gesagt, daß der Eingangssrom / der eigentlichen Relaisanordnung im Bereich loher, an sich weitgehend sinusförmiger Kurzschluß&röme durch Sättigungseinwirkung der vorgeschalteten Wandler verzerrt werden kann. Es könnte dann aso ein unzulässiger Sperrbefehl erteilt werden bzw. die erforderliche Freigabe der Auslösung ausbleibet, weil die Relaisanordnung von Oberwellen im Eingaigsstrom/ beeinflußt wird, die im eigentlich zu überwachenden Primärstrom gar nicht enthalten sind. Des ist, wie ebenfalls schon gesagt, normalerweise nui bei Strom werten möglich, die oberhalb des auftretenden Einschaltstromes liegen.

Um nun gemäß der Erfindung die Wirkung der Oberwellen bei hohen Werten der zu überwachenden Meßgröße soweit zu schwächen, daß bei Überschreiten eines bestimmten Betrages der Meßgröße unabhängig von deren Kurvenform die Freigabe der Auslösung oder die Auslösung selbst durch das Relais bewirkt wird, muß erreicht werden, daß der das Relais 7 betätigende Differenzstrom A i seine Richtung ändert oder geringer wird als der Ansprechstromwert des

ίο Relais 7, wenn eine oberwellenhaltige Meßgröße auf der Wechselstromseite des Gleichrichtersatzes 6 den vorgegebenen Wert überschreitet. Ebenso wie im Falle der ersten Lösung wird beim Anwendungsbeispiel des Transformator-Differentialschutzes als Grenzwert ein Wert oberhalb des Einschaltstromwertes festgelegt.
Schaltungsmäßig lassen sich die obenerwähnten Forderungen durch verschiedene Mittel verwirklichen, insbesondere durch die Einschaltung von nichtlinearen Widerständen oder durch geeignete Bemessung der Gleichrichtersätze 5 und/oder 6 der Brückenschaltung. Die einfachste Möglichkeit, die Relaisanordnung im obenerwähnten Sinne zu beeinflussen, besteht darin, daß man durch geeignete Beaufschlagung des Gleichrichters 6 dafür sorgt, daß im Bereich großen Spannungsabfalles am Shunt 2 der entnommene Gleicher strom I₁ gar nicht mehr oder nur noch sehr schwach ansteigt. Andererseits kann man durch geeignete Bemessung des Gleichrichtersatzes 5 erzielen, daß der entnommene Gleichstrom i_z im Bereich großen Spannungsabfalles am Shuntl sehr stark ansteigt. Schließ. lieh kann man auch beide Maßnahmen gleichzeitig treffen. Die Dimensionierung des Gleichrichtersatzes 5 kann in diesen Fällen beispielsweise dann so erfolgen, daß man im Bereiche einer Spannung, die unterhalb desjenigen Wertes liegt, der im Höchstfalle beim Ein' schaltstrom am Shunt 1 auftritt, im Gebiet unterhalb des Kennlinienknickes des Gleichrichtersatzes 5 arbeitet; wird dieser Betrag des Spannungsabfalles infolge eines durch die Wandler verzerrten Kurzschlußstromes überschritten, so steigt der Strom i₂ sehr schnell so stark an, daß der DifEerenzstrom zl J geringer ist als der Ansprechstromwert des Relais 7 oder die Stromrichtung so ist, daß das Relais nicht anspricht. Die obenerwähnte notwendige Kennlinie für den Gleichrichtersatz 6 kann man erhalten, wenn man beispielsweise diesem Gleichrichtersatz einen nichtlinearen Widerstand, z. B. einen spannungsabhängigen Widerstand, parallel schaltet, der so bemessen ist, daß sein Widerstandswert bei Überschreitung des vorgegebenen Spannungswertes am Shunt 2 so gering wird, daß er praktisch als Kurzschlußwiderwirkt. Besonders hierfür geeignet sind zwei Gleichrichter inAntiparallelschaltung, die dem Gleichrichtersatz 6 parallel geschaltet sind. Ebenso gut können solche Gleichrichter aber auch dem Shunt 2 parallel geschaltet sein.

Eine weitere Möglichkeit, die Relaisanordnung in dem obenbeschriebenen Sinne zu beeinflussen, ergibt sich dann, wenn man die Drossel 2 beispielsweise negativ stromabhängig macht, so daß sie durch entsprechende Sättigung ihre Impedanz mit steigendem Strom verringert. In diesem Fall wird der Spannungsabfall am Shunt 2 dann bei Überschreiten eines bestimmten Wertes von / geringer, so daß das Relais 7 nicht anspricht. Dieselbe Wirkung kann aber auch erzielt werden, wenn man den Widerstand 4 positiv stromabhängig macht, so daß er seinen Wert mit steigendem Strom vergrößert.

Die entgegengesetzten Schaltmaßnahmen können zur Erzielung desselben Effektes aber auch auf der

Claims

anderen Eingangsseite der Gleichrichterbrückenschaltung vorgenommen werden. Hier kann man beispielsweise den Vorwiderstand 3 negativ stromabhängig machen (z. B. Ausführung als Drossel oder als Gleichrichter in Antiparallelschaltung) und/oder dem Shuntl 5 eine positive Stromabhängigkeit verleihen, indem man ihn beispielsweise in Form einer Metallfadenlampe, als Eisenwiderstand od. dgl. ausführt. Es ist ferner auch möglich, lineare Widerstände zu verwenden und diesen zur Erzielung quantitativ passender Wirkungsweise nichtlineare Widerstände beliebiger Art in Reihe und/oder parallel zu schalten. Patentansprüche:

1. Relais mit einer von der Kurvenform der zu überwachenden elektrischen Meßgröße abhängigen Ansprechempfindlichkeit zur Verwendung in Verbindung mit Schutzeinrichtungen elektrischer Anlagen und Leitungen, wobei das Relais die Auslösung des Fehlerschutzes bei oberwellenhaltigen zu überwachenden elektrischen Meßgrößen sperrt, nach Patentanmeldung L 24697 VIIIb/21 c, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Schaltmaßnahmen die Auslösemöglichkeit durch die Fehlerschutzeinrichtung freigegeben oder die Auslösung der Schutzeinrichtung selbst durch das Relais bewirkt wird, wenn der Betrag der zu überwachenden Meßgröße unabhängig von deren Kurvenform einen bestimmten Wert überschreitet.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösemöglichkeit freigegeben bzw. die Auslösung bewirkt wird bei Werten der zu überwachenden Meßgröße, die oberhalb des Betrages liegen, der beim Einschaltstrom von sekundär offenen Transformatoren auftritt.

3. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis der zu überwachenden Meßgröße ein Überstromrelais eingeschaltet ist, das bei Uberschreiten des vorgegebenen Wertes der Meßgröße anspricht und durch seine ihm zugeordneten Kontakte die Auslösemöglichkeit durch die Fehlerschutzeinrichtung freigibt oder unmittelbar die Auslösung der Schutzeinrichtung bewirkt.

4. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Schaltmaßnahmen die Oberwellenempfindlichkeit des Relais bei Überschreiten des vorgegebenen Wertes der zu überwachenden Meßgröße so stark gemindert wird, daß der Oberwellenanteil der Meßgröße ohne Wirkung auf die Arbeitsweise des Relais bleibt.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem induktiven Shunt (2)

her gespeiste Gleichrichtersatz (6) so beaufschlagt ist, daß im Bereich großen Spannungsabfalles am Shunt der entnommene Gleichstrom (Y₁) gar nicht mehr oder nur noch sehr schwach ansteigt.

6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichrichtersatz (6) zur Erzielung einer geeigneten Kennlinie ein spannungsabhängiger Widerstand parallel geschaltet ist, insbesondere zwei Gleichrichter in Antiparallelschaltung.

7. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem ohmschen Shunt (1) her gespeiste Gleichrichtersatz (5) so bemessen ist, daß der entnommene Gleichstrom (i₂) im Bereich großen Spannungsabfalles am Shunt(I) sehr stark ansteigt.

8. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem induktiven Shunt (2) zwei Gleichrichter in Antiparallelschaltung als Nebenwiderstand zugeschaltet sind.

9. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als induktiver Shunt (2) eine Drossel verwendet wird, die negativ stromabhängig ist, so daß sie durch entsprechende Sättigung ihre Impedanz mit steigendem Strom verringert.

10. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorwiderstand (4) in dem vom induktiven Shunt (2) her gespeisten Stromkreis ein positiv stromabhängiger Widerstand verwendet wird.

11. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorwiderstand (3) in dem vom ohmschen Shunt (1) her gespeisten Stromkreis ein negativ stromabhängiger Widerstand verwendet wird.

12. Relais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als negativ stromabhängiger Widerstand zwei Gleichrichter in Antiparallelschaltung verwendet werden.

13. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ohmscher Shunt (1) ein positiv stromabhängiger Widerstand, beispielsweise eine Metallfadenlampe, ein Eisenwiderstand od. dgl., verwendet wird.

14. Relais nach Anspruch 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß den nichtlinearen Widerständen zur Erzielung quantitativ passender Wirkungsweise lineare oder/und nichtlineare Widerstände beliebiger Art in Reihe und/oder parallel zugeschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 684 638.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen