DE301845C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

'ATENTSGHRIFT

- M 301845 KLASSE 21 c. GRUPPE

SIEMENS-SCHUCKERTWERKE G. m. b. H. in SIEMENSSTADT b. BERLIN.

Anordnung für Sicherungsstromkreise. Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Februar 1916 ab.

Bei den bekannten Schutzanordnungen für Leitungs- bzw. Kabelnetze oder Maschinenanlagen gegen die Folgen mechanischer oder elektrischer Störungen, wie Leitungsbruch, Isolatorendurchschlag, Störungswellen beliebiger Art, wird in der Regel die Schalteinrichtung, die den gefährdeten Leitungsteil abschaltet, mit Hilfe eines Relaisstromkreises betätigt. Dieses Relais liegt dann in einem

ίο besonderen Sicherungsstromkreise, der von Wechselstrom oder Gleichstrom durchflossen wird oder durch die Störungsenergie beeinflußt wird. In all diesen Fällen sind die Wicklungen der Stromschlußvorrichtung entweder dauernd mit Strom belastet, werden also erwärmt und sind somit in bezug auf ihre Haltbarkeit gefährdet, oder sie müssen einen großen Teil der stoßweise und heftig auftretenden Störungsenergie in sich aufnehmen, was wiederum für die Lebensdauer dieser empfindlichen Apparate von nachteiligem Einfluß ist.

Diese Nachteile werden der Erfindung gemäß dadurch beseitigt, daß der* Stromschlußvorrichtung für den Betätigungsstromkreis ein Polarisationsspannungserzeuger, wie z. B. eine Polarisationszelle, parallelgeschaltet wird. Ähnliche Anordnungen hat man bereits zu völlig anderen Zwecken getroffen, z.B. in Wechselstrom-Sicherungskreisen zum Ableiten statischer Ladungen oder in Gleichstromkreisen zur Aufhebung induktiver Spannungen beim öffnen von Schaltkontakten. Für den vorliegenden Zweck bedeutet die Polarisationszelle infolge ihres geringen inneren Widerstandes für Wechselstrom einen Kurzschluß, während sie bei durchfließendem Gleichstrom die Klemmenspannung der Stromschlußvorrichtung auf einer bestimmten niederen Höhe hält.

Einige Anwendungsbeispiele der Erfindung seien in der Zeichnung veranschaulicht.

In Fig. ι ist eine Sicherheitsanordnung für Wechselstromnetze dargestellt, bei der der gefährdete Leitungsteil, beispielsweise bei Leitungsbrüchen oder Isolatorenüberschlägen, abgeschaltet werden soll. I sei die Leitung, s der Schalter, g der Wechselstromgenerator, der in dem dargestellten Beispiel mit einem Pol an Erde gelegt ist. Zwischen Leitung und Erde ist in Reihe mit einem Widerstand r die Stromschlußvorrichtung k für den Betätigungsstromkreis i sowie eine Gleichstrombatterie b geschaltet. Tritt nun in der Leitung I bei E ein Erdschluß auf, wie er durch den Pfeil angedeutet sei, so wird der Batterie-Stromkreis ' b, k, r über die Leitung I und den Erdschluß E geschlossen, das Relais k spricht an und löst über den Betätigungsstromkreis t den Schalter s aus.

Bei dieser Anordnung (also ohne z) geht der gesamte Strom, der durch den Erdschluß der Leitung I zustande kommt, durch das Relais k, die Wicklung desselben muß dementsprechend auch für den höchsten etwa auf-

tretenden Strom bemessen sein. Andererseits soll aber das Relais k auch dann ansprechen, wenn keine vollkommene Erdung der Leitung vorhanden ist, sondern nur ein schwacher Erdstrom fließt, der aber die Leitung I gefährdet, wenn er lange andauert. Insofern muß also das Relais k auch empfindlich genug ausgeführt werden, um bei schwächeren Strömen zu wirken. Außerdem treten aber

ίο bei normalem Einlegen des Schalters s Einschaltwellen auf, sobald die Leitung' I auch nur geringe Selbstinduktionen aufweist, Einschaltwellen, die eine starke Gleichstromkomponente haben. Diese Gleichstromspanmmg, die nur kurzzeitig ist, sucht sich über den Widerstand r und das Relais k auszugleichen und kann unter Umständen Gleichströme zur Folge haben, die den normalen Betätigungsstrom für das Relais k weit überschreiten, das Relais k also zerstören oder mindestens zum Ansprechen bringen, was ebenfalls, da ja kein Leitungsbruch vorliegt, unerwünscht ist. Diese Übelstände werden nun dadurch vermieden, daß man, wie es die Zeichnung veranschaulicht, an die Klemmen des Relais k eine Polarisationszelle ζ legt.

Durch geeignete Wahl der Zusammensetzung des Elementes sowie durch Reihenschaltung mehrerer Elemente kann man jede beliebige Polarisationsspannung an diesen Klemmen erzeugen und kann dann dieser Spannung entsprechend die Wicklung der Stromschlußvorrichtung k bemessen. Durch diese Anordnung wird nun erreicht, daß bei kurzandauernden Gleichströmen ohne weiteres das Relais vollkommen stromlos bleibt und der ganze Gleichstrom durch die Polarisationszelle fließt, das Relais bleibt völlig unbeeinflußt. Erst wenn bei länger andauerndem Gleichstrom die Zelle vollkommen polarisiert · ist, also ihre volle Gegenspannung erzeugt, tritt die Stromschlußvorrichtung in Wirkung. Diese Polarisationszeit, die die Auslösezeit des Relais bestimmt, kann durch geeignete Wahl der Plattengröße der Zelle und der Zusammensetzung des Elektrolyten beliebig eingestellt werden; sie kann auch veränderlich gemacht werden, indem man beispielsweise die Eintauchtiefe der Platte regelbar macht.

■ Hört der Stromstoß auf, so entlädt sich die Polarisationszelle allmählich über die Wicklung der Stromschlußvorrichtung, kehrt also in ihren Anfangszustand zurück.

Die Polarisationszelle hat bei dieser Anord-• 55 nung also eine doppelte Wirkung, kurzzeitige Stromstöße nimmt sie fast vollständig auf, schützt also das Relais, außerdem dient sie aber als verzögerndes Element und verhindert das Relais beispielsweise bei der normalen Betätigung des Schalters s oder bei einem harmlosen vorübergehenden Isolatorenüberschlag an seiner Betätigung.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Wechselstrom, der auch beim normalen Betriebe der Anlage über den Widerstand r und die Batterie b zur Erde fließt, jetzt von der Wicklung des Relais k abgelenkt wird und dieses vor unnötiger Er- -■ wärmung. geschützt bleibt.

Durch geeignete Wahl des Elektrolyten, des Materials und der wirksamen Fläche der Elektroden, der Zellenzahl und des Zellenwiderstandes kann man somit einmal die Bemessung des Gleichstromrelais von den äußeren Verhältnissen völlig unabhängig, also möglichst günstig gestalten und kann andererseits jede gewünschte Verzögerung in der Auslösezeit hervorrufen und gleichzeitig einen sicheren Schutz gegen starke Stromstöße erzielen. Durch das Parallelschalten der Polarisationszelle kann man somit jedes augenblicklich ansprechende Relais für Gleichstrom in ein Zeitrelais verwandeln.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Sicherheitsschaltung ist die Polarisationszelle einer Stromschlußvorrichtung parallel geschaltet, die in einem mit Gleichstrom gespeisten Sicherungsstromkreise liegt. Die Parallelschaltung der Polarisationszelle bietet aber auch erhebliche Vorteile bei Anordnungen, bei denen eine Gleichstromquelle für den Sicherungsstromkreis nicht vorhanden ist.

Ein Beispiel solcher Anordnung ist in Fig. 2 veranschaulicht. I bedeutet die Leitung, die beispielsweise beim Auftreten von Störungswellen geschützt werden soll, d ist eine in der Leitung angeordnete Drosselspule zum Abhalten der Störungswellen, s der Schalter. Zwischen Erde und Leitung liegt ein Ohmscher Widerstand r, in Reihe mit ihm die Stromschlußvorrichtung k, die den Betätigungsstromkreis t schließt. Treten nun Störungswellen auf, so werden sie an der Drosselspule d aufgehalten und gelangen über den Widerstand r und das Relais k zur Erde.

Ohne Verwendung der Polarisationszelle ζ müßte man das Relais k als Wechselstromrelais ausführen. Da nun die Störungsenergie zwar der Intensität nach sehr groß, ihre Zeit-^s dauer jedoch nur kurz ist, so ist es bei diesen Anordnungen kaum zulässig, das Relais k unmittelbar in den Störungsstromkreis zu legen, da die auftretende Störungswelle die immerhin empfindliche Wicklung des Relais beschädigen würde, ohne mit Sicherheit mit Rücksicht auf die Kurzzeitigkeit des Vorganges und die mechanische Trägheit des Relais dieses in Gang zu setzen.

Man hat daher schon die Anordnungen so getroffen, daß durch die kurzzeitige'Störungs.

energie ein Resonanzkreis zu langer andauernden Schwingungen angeregt wurde, die ihrerseits auf die Stromschlußvorrichtung des Betätigungsstromkreises wirkten. Um ferner das unempfindliche und auch eine Reihe weiterer Nachteile aufweisende Wechselstromrelais zu vermeiden, hat man noch über besondere Hilfseinrichtungen, wie Funkenstrecken oder Gasstrecken, einen Gleichstromkreis, der das

ίο Relais betätigt, angeregt.

Alle diese Nachteile und Umständlichkeiten werden vermieden, wenn man bei der Anordnung, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, an die Klemmen des Relais k eine Polarisationszelle ζ legt. Die Zelle ζ wirkt in ähnlicher Weise wie bei der Gleichstromanordnung der Fig. ι; sie bedeutet einen Kurzschluß für Wechselströme, die somit an dem Relais k völlig vorbeigeleitet werden. Die Schutzwirkung der Zelle kann noch beträchtlich erhöht werden, wenn man, wie in Fig. 2 a veranschaulicht ist, dem Relais k einen induktiven . Widerstand (Drosselspule) i vorschaltet. Die Selbstinduktion der Drosselspule i kann beliebig gewählt werden, wesentlich ist nur, daß der reine Ohmsche Widerstand im Relaiszweige bei normalem Betätigungsstrom für das Relais einen Spannungsabfall ergibt, der gleich der Polarisationsspannung der Zelle' ist.

Da die auftretenden Störungswellen keine reinen Wechselstromvorgänge sind, sondern eine beträchtliche Gleichstromkomponente aufweisen, werden sie infolge des geringen 0hmschen Widerstandes der Polarisationszelle ζ an dem Relais k vorbei durch die Zelle ζ fließen, diese aber aufladen. Die aufgeladene - Zelle ζ entlädt sich nun über die Stromschlußvorrichtung k und wird diese dann zum Ansprechen bringen, falls die in der Zelle aufgespeicherte Energie groß genug war. Ist die Störungsenergie so groß, daß die Zelle voll aufgeladen wird, so herrscht an den Klemmen des Relais k, das nunmehr als Gleichstromrelais ausgeführt werden kann, die volle Spannung, bei der Entladung der Zelle tritt das Relais in Wirksamkeit. Die in der Störungswelle zur Verfügung stehende Energiemenge, die an einen außerordentlich kurzen Zeitraum gebunden ist, der kaum ausreichen würde, um das Relais k mit Rücksicht auf seine mechanische Trägheit in Gang zu bringen, wird also in einen länger andauernden Vorgang umgewandelt, der lediglich von dem Energieinhalt der Störung und nicht mehr von ihrer Zeitdauer abhängig ist.

Um zu verhindern, daß die Polarisationszelle ζ sich über die Erde und nicht über das Relais k entlädt, ordnet man zweckmäßig noch eine kleine Funkenstrecke f an. Der Elektrodenabstand dieser Funkenstrecke f wird lediglich nach der Polarisationsspannung der Zelle ζ bemessen und beeinflußt in keiner· Weise den Ablauf der Störungswelle oder den Durchgang des vom Netz durch den Widerstand r abfließenden Wechselstromes.

Während bei der Anordnung der Fig. 2 die Stromschlußvorrichtung zwischen der Hauptleitung und Erde vor der Drosselspule abgezweigt ist, kann man sie auch, wie in Fig. 3 dargestellt ist, der Drosselspule parallel legen. In dieser Figur bedeutet wieder I die Leitung, d die Drosselspule, r den Ohmschen Widerstand, der in Reihe mit dem Relais k der Drosselspule d parallel geschaltet ist. Dem Relais k liegt die Polarisationszelle ζ parallel, eine Funkenstrecke f verhindert, ähnlich wie oben beschrieben, die Entladung der Polarisationszelle über die Drosselspule. Während der normale Betriebsstrom durch die Drosselspule d fließt, werden Störungswellen von dieser abgelenkt, fließen über die Funkenstrecke f durch den Ohmschen Widerstand r und werden in der Polarisationszelle ζ aufgespeichert und dort, falls die. Störungsenergie einen gewissen Betrag überschreitet, zur Betätigung der Stromschlußvorrichtung k nutzbar gemacht.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung für Sicherungsstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschlußvorrichtung (A) für den Betätigungsstromkreis (t) ein Polarisationsspannungserzeuger (z) parallel geschaltet ist, der als Spannungs-, Strom- und Energiebegrenzer für die Stromschlußvorrichtung dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1 zur Sicherung von Wechselstromnetzen gegen die Wirkung von Leitungsbrüchen, Erdschlüssen u. dgl., dadurch gekennzeichnet,

- daß die Polarisationszelle in einem mit Gleichstrom gespeisten Sicherungsstromkreis der Stromschlußvorrichtung für den Betätigungsstromkreis parallel geschaltet ist (Fig. 1).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Schütze von Leitungsnetzen gegen Störungswellen vor einer Drosselspule abgezweigter Sicherungsstromkreis zweckmäßig in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand und einer Funkenstrecke ein Gleichstromrelais und eine ihm parallel liegende Polarisationszelle enthält, die die Wechselstromstörungsenergie in Gleichstrom zur Betätigung des Gleichstromrelais umwandelt (Fig. 2).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Schütze von Leitungsnetzen gegen Störungswellen einer Drosselspule parallel geschalteter

Sicherungsstromkreis zweckmäßig in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand und einer Funkenstrecke ein Gleichstromrelais und eine ihm parallel liegende Polarisationszelle enthält, die die Wechselstromstörungsenergie in Gleichstrom zur Betätigung des Gleichstrom relais umwandelt (Fig. 3).

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Polarisationszelle und in Reihe mil dem Relais eine Drosselspule liegt, deren rein Ohmscher Widerstand zweckmäßig so bemessen wird, daß er zusammen mit dem Ohmschen Widerstand des Relais beim, normalen Betätigungsstrom des Relais einen Spannungsabfall des Relaisstromzweiges ergibt, der der Polarisationsspannung der Zelle gleich ist (Fig. 2 a). ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.