DE621637C - Relais- oder Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man bei Erregung einer eisenhaltigen Spule durch einen Wechselstrom in einer Sekundärwicklung stark ausgeprägte Spannungsspitzen erzeugen kann, wenn man den Magnetkreis durch Gleich strom bis über die Sättigungsgrenze hinaus vormagnetisiert, so daß die effektive Magnetisierung des Eisenkernes durch den Wechselstrom periodisch unter die Sättigungsgrenze herabgedrückt wird. Je höher die Vormagnetisierung getrieben wird, um so schmaler und höher werden die Spannungsspitzen, die in der einen Wicklung induziert werden.

Dies wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um ein Relais oder eine Anzeigevorrichtung zum Ansprechen zu bringen, wenn eine Wechselstromgröße die durch einen Vergleichsstrom festgesetzte Grenze über- oder unterschreitet. Zu dem Zweck wirken erfindungsgemäß beide Ströme, von denen der eine ein Gleichstrom, der andere ein Wechselstrom ist, auf einen gemeinsamen magnetischen Kreis, und der die Gleichstrommagnetisierung des Magnetkreises hervorrufende Strom wird dabei so eingestellt, daß er so weit über dem Sättigungsstrom des Magnetkreises liegt, wie der Größe der Wechselstromamplitude entspricht, bei deren Überschreiten das. Relais oder die Anzeigevorrichtung ansprechen soll. Indem man die Spannungsspitzen, welche dabei auftreten, sobald der Wechselstrom den festgesetzten Grenzwert überschreitet, benutzt, um ein Gfimmventil zum Zünden zu bringen, in dessen S'tromkreis das zu betätigende Relais liegt, erreicht man gegenüber anderen Schaltungen, bei denen die Zündung des Glimmrelais mittels einer Spannung eingeleitet wird, die dem 'überwachten Wechselstrom proportional ist, den erheblichen Vorteil, daß man, weitgehend unabhängig wird von der Höhe und den Schwankungen der Zündspannung, welche solchen Glimmröhren eigentümlich sind. Durch die Höhe der Vormagnetisierung kann man einen ganz genau bestimmten Amplitudenwert des zu überwachenden Stromes oder der zu überwachenden Spannung festlegen, weil, wenn der Strom oder die Spannung diesen festgelegten Grenzwert nur um ein Geringes überschreitet, sofort eine erhebliche Spannungsspitze in dem an der Zündelektrode liegenden Spannungskreis induziert wird.

Die Anordnung kann außer zu einem Vergleich eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung mit einem Gleichstrom auch zum Vergleich zweier Wechselstromgrößen verwendet werden, sei es, um zwei Ströme oder zwei Spannungen miteinander zu vergleichen

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Erich Friedländer in Berlin-Siemensstadt und DipL-Ing: Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.

oder sei es, um einen Strom mit einer Spannung zu vergleichen. Dabei wird dann die eine der beiden ,Vergleichsgrößen zur Vormagnetisierung verwendet und zu diesem Zweck zunächst'gleichgerichtet. Die zweite Vergleichsgröße dagegen beeinflußt direkt die Magnetisierung des Eisenkörpers. Eine besondere Anwendungsmöglichkeit für die Erfindung bietet der Impedanzleitungsschutz, ίο weil dort der Strom _der Leitung mit der Höhe der Spannung verglichen/ wird. Dabei ist es grundsätzlich ohne Bedeutung, ob die Vormagnetisierung vom Strom oder von der Spannung des zu schützenden Kreises geliefert wird. · · * ■

Läßt man Strom und Spannung einet Leitung im Sinne der Erfindung einen Magnetkreis erregen, so daß eine Sekundärwicklung die zum Zünden einer Ventilröhre erforderliehe Zündspannung; bekommt» sobald das Verhältnis von Spannung zu Strom einen vorher festgelegten Grenzwert unterschreitet, dann wirkt die Einrichtung wie ein Impedanzkipprelais; denn die Zündung der Glimrnröhre erfolgt unverzüglich, sobald Strom und Spannung-geeignete Werte annehmen. Mit solchen Anordnungen kann man einen Leitungsschutz aufbauen, wobei auch je nach der Größe des Verhältnisses von Spannung zu Strom verschiedene Verzögerungszeitstufen erzielt werden können» Beispielsweise kann man zwei Relaiseinrichtungen der beschriebenen Art anwenden, von denen die erste auf ein Verhältnis von Spannung zu Strom eingestellt ist, das einem Kurzschluß in der Mitte der Nachbarstrecke entspricht. Eine zweite Anordnung wird so eingestellt, daß das zugehörige Glimmrelais nur bei . einem Fehler innerhalb der ersten zwei Drittel der eigenen Strecke des Relais anspricht. Die beiden Glimmrelais steuern nun jedes für sich ein Zeitrelais derart, daß, wenn nur das auf die größere Fehlerentfernung abgestimmte Glimmrelais. anspricht, ein Zeitrelais von beispielsweise 0,8 Sekunden Verzögerung eingeschaltet wird, das nach Ablauf dieser Zeit den Leitungsschalter öffnet. Wenn dagegen auch das Relais anspricht, das für Fehler in der eigenen Leitungsstrecke des Relais bestimmt ist, wird entweder sofort oder mit Hilfe eines auf kürzere Zeit, beispielsweise 0,2 Sekunden, eingestellten Relais die Auslösung des Schalters schneller herbeigeführt. Es lassen sich natürlich auch mehr als zwei Anordnungen, die auf verschieden große Fehlerentfernungen eingestellt sind, anwenden, wobei jeder Entfernungsstufe auch eine besondere Zeitstufe zugeordnet wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Aüsführungsbeispielen beschrieben.

Fig. ι erläutert zunächst die physikalischen Zusammenhänge, welche bei der Erfindung benutzt werden. Über der Zeitachse t ist eine zu dieser Achse parallel verlaufende Linie J_g eingetragen. Es werde durch diese Linie die Größe des Gleichstromes dargestellt, der zur Vormagnetisierung des Eisenkernes dient. Unterhalb der Linie J_g ist durch die gestrichelte Linien diejenige Stromstärke angedeutet, welche den Magrietkreis gerade bis zur Sättigung erregt. Im linken Teil der Figur ist über der Gleichstromlinie J_g als Grundlinie eine Wechselstromlinie I_lw dargestellt. Die Amplitude dieses Stromes reicht nicht bis zur Linie A₁ d. h. der Magnetkörper bleibt stets bis über die Sättigungsgrenze hinaus erregt. Im rechten Teil des Bildes ist eine Wechselstromkurve /_2u, dargestellt, deren Amplitude jedoch bis unter die Grenzlinie A herunterreicht. Kurz vor Eintritt der negativen Höchstwerte dieses Stromes ändert sich del magnetische Fluß im Eisenkörper plötzlich sehr stark, so daß in dem" schraffiert angedeuteten Bereiche jeweils in einer dritten Wicklung eine Spannung auftritt, die erfindungsgemäß zur Zündung eines Glimmventils benutzt wird.

In Fig. 2 ist ein Schaltungsbeispiel mit einem Glimmrelais dargestellt. Ein in sich geschlossener Magnetkörper 1, der aus legierten Eisenblechen oder, was besonders gute Wirkungen ergibt, aus Permalloy oder magnetisch ähnlichen Legierungen besteht, oder einem legierten Eisen, welches bis zur Erreichung der Sättigung eine hohe Permeabilität aufweist, trägt drei Spulen. Die Spule 2 wird aus einer Gleichstrombatterie 3 über einen Regulierwiderstand 4 erregt und dient zur Vormagnetisierung des Eisenkörpers 1. Die Spule 5 wird von dem. Wechselstrom er · regt, dessen· Größe innerhalb bestimmter Grenzen liegen soll, andernfalls ein Relais 6 anspricht. In der Spule 7 wird durch das von den Spulen 2 und 5 gemeinsam hervorgebrachte Feld eine Spannung induziert, welche bei genügender Höhe zum Ansprechen der Zündfünkenstrecke 8 des Glimmventils 9 führt. Wenn die Zündfunkenstrecke 8 durchschlagen wird, wird die Ventilröhre 9 im glei- n₀ chen Äugenblick stromdurchlässig, und es kommt über die Spule des Relais 6 ein Strom zustande, welcher aus der Batterie 3 über die Glimmröhre 9 fließt.

Die Spulen 2 und 5 stellen Erregerspulen dar, und es hangt von der Stärke der Erregung der Spule 2 ab, bei welchem Grenzwert der Spannung an der Spule 5 oder des Stromes in der Spule 5 das Relais 6 zum Ansprechen kommt. Wie schon-eingangs gesagt wurde, kann die Spule 2 auch von einem veränderlichen Strom gespeist werden. Der

Gleichstrom der Spule 2 kann beispielsweise mittelbar durch die Stärke eines Wechselstromes beeinflußt werden. Er kann aber auch durch Gleichrichten eines Wechselstromes gewonnen werden, so daß er Änderungen dieses Stromes unmittelbar folgt. Gerade für diesen Fall, daß zwei miteinander zu vergleichende Wechselstromgrößen in der Anordnung zur Wirkung kommen sollen, wird es sich, um die

ίο Magnetisierungsleistung des Eisenkörpers niedrig zu halten, empfehlen, ihn aus einem Material mit besonders hoher Anfangspermeabilität oder sehr niedrig liegender Sättigungsstromstärke zu bauen.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Selektivschutzschaltung wiedergegeben, bei welcher zwei Impedanzrelais parallel geschaltet sind, von denen das eine auf eine kleinere Fehlerentfernung und das andere auf eine größere Fehlerentfernung eingestellt ist. Das auf die kleinere Entfernung eingestellte Relais bewirkt die Auslösung des Leitungsschalters schneller als das auf die größere Fehlerentfernung eingestellte Relais.

Die zu schützende Leitung ist mit 10 bezeichnet, der Leitungsschalter mit 11 und seine Auslösespule mit 12. Die Auslösespule wird erregt, wenn ein Kontakt 13 oder ein Kontakt 14 geschlossen wird. Der Strom der Leitung wird von einem Stromwandler 15 übertragen und magnetisiert durch in Reihe liegende Relaiswicklungen 16 und 17 einen Magnetkörper 18 und einen Magnetkörper 19. Die Magnetkörper tragen ferner je eine Spannungswicklung 20 bzw. 21. Diese Spannungswicklungen liegen parallel und werden über einen Spannungswandler 22 und zwei Gleichrichter 23 und 24 von einem Gleichstrom durchflossen, welcher der Höhe der Netzspanriuug proportional ist. Auf dem Magnetkörper 19 sitzt eine Hilfswicklung 25 und auf dem Magnetkörper 18 eine Hilfswicklung 26. Die Wicklung 25 liegt im Zündkreis eines Glimmrelais 27, die Wicklung 26 liegt im Zündkreis eines Glimmrohres 28. Entsteht ein Leitungsfehler innerhalb einer gewissen Entfernung vom Relaisort, so sinkt nur beim Magnetkörper 18 die Induktion unter den Sättigungswert, und es wird infolgedessen nur das Glimmrohr 28 gezündet. Der Anodenkreis des Glimmrohres 28 enthält einen Ohmschen Widerstand 29. Sobald das Glimmrohr

28 gezündet hat, tritt in diesem Widerstand

29 ein großer Spannungsabfall auf. Der Spannungsabfall dient zur Aufladung eines Kondensators 30. Die Aufladung erfolgt aber, weil der Kondensator mit einem Strombegrenzungswiderstand 31 in Reihe liegt, mit einer gewissen Zeitverzögerung. Sobald dann aber die Spannung am Kondensator eine gewisse Höhe erreicht hat, wird ein weiteres Glimmrohr 32 gezündet. Im Anodenkreis dieses zweiten Glimmrohres liegt eine Relaisspule 33, die bei i,hfer Erregung den Kontakt 14 schließt und: dadurch die Auslösung des Schalters 11 bewirkt. Die Verzögerungszeit zwischen dem Ansprechen des Relais 28 und dem Ansprechen des Relais 32 ist im wesentlichen von den Dimensionen der Teile 29, 30 und 31 abhängig und kann durch entsprechende Wahl der Widerstände und Kapazitäten in weiten Grenzen verändert werden.

Wenn der Leitungsfehler in größerer Nähe vom Relaisort entstanden ist, kommt nicht nur die Induktion des Magnetkörpers 18, sondem auch die Induktion des Magnetkörpers 19 bis unter den Sättigungswert herab. Infolgedessen tritt sowohl in der Spule 26 wie auch in der Spule 25 eine zum Zünden der Glimmrelais erforderliche Spannung auf, so daß sowohl das Glimmrohr 28 als auch das Glimmrohr 27 gezündet wird. Während aber das Glimmrohr 28 nicht unmittelbar auf den Schalter 14 wirkt, wird der Schalter 13 durch das Relais 34 sofort geschlossen, sobald das 8g Glimmrohr 27 stromdurchlässig wird. Beim Ansprechen des Glimmrohres 27 wird somit der Schalter 11 schneller ausgelöst als beim Ansprechen des Glimmrohres 28. Die Anordnung insgesamt stellt also einen Impedanzzeitstufenschutz mit zwei auf bestimmte Mindestimpedanzwerte eingestellten Relaiseinrichtungen dar, die eine Ausschaltung des Leitungsschalters 11 mit verschieden großen Verzögerungszeiten herbeiführt. Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, daß die Verzögerungszeit zwischen dem Ansprechen des Glimmrelais 28 und der Schließung des Kontaktes 14 auf elektrische Weise erreicht wird. Man könnte auch vom Relais 28 ein Zeitrelais steuern lassen, das auf entsprechende Verzögerungszeit eingestellt ist.

Eine andere Form einer Impedanzschutzschaltung zeigt Fig. 4. Der Strom der Leitung 10 wird wiederum durch einen Stromwandler 15 und die Spannung durch einen Spannungswandler 22· übertragen. Die Sekundärspannung wird durch eine Gleichrichterschaltung 40 gleichgerichtet und speist zwei Erregerwicklungen 20 und 21, welche auf zwei Magnetkernen 18 und 19 angebracht sind. Die Magnetkerne besitzen außerdem je eine vom Leitungsstrom durchfiossene Wicklung 16 bzw. 17 und je eine dritte Wicklung 25 und 26 für den Zündkreis eines Glimmrohres 27, in dessen Anodenkreis eine Relaisspule 34 und ein Strombegrenzungswiderstand 41 liegt. Das besondere dieser Anordnung gegenüber der Anordnung in Fig. 3 besteht darin, daß die Gleichstrommagnetisierung durch die Wicklungen 20 und 21 entgegen- -

gesetzte Polarität besitzt, während die Magnetisierung durch den Leitungsstrom bei beiden Magnetkörpern in gleichem Sinne' erfolgt. Die Folge davon' ist, daß beispielsweise die Spule 25 durch die einen festgesetzten Grenzwert überschreitenden positiven _ Halbwellen des Leitungsstromes und die Spule 26 durch die entsprechenden negativen : Halbwellen des Leitungsstromes' induziert ' werden. Es werden also beide Halbwellen des Leitungsstromes ausgenutzt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 tritt eine ausreichende Zündspannung ebenfalls nur dann auf, wenn das Verhältnis von Spannung zu Strom im Netz, einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

Es ist nicht notwendig, die Spannungen, welche in den Kreisen 25 und 26 auftreten, nur dem Zündkreis eines Glimmrelais zuzuleiten, sondern, da. bei der Anordnung gemäß Fig. 4 jede Halbwelle des Stromes, sofern die Leitungsimpedanz klein genug geworden ist, eine kräftige Spannung in der Wicklung 25 bzw. der. Wicklung 26 erzeugt', können die Spannungen auch den Relais direkt zugeführt werden, beispielsweise 'einem wie ein Synchronmotor gebauten Relais, welches dann nur bei. hinreichender Verkleinerung der Netzimpedanz anläuft. Ein solches Relais ist in Fig. 4 bei 42 angedeutet. Auf der Welle dieses selbst .anlaufenden Synchronmotors "sitzt ein Kontaktarm 43, der innerhalb einer ganz bestimmten, durch die Netzfrequenz festgelegten Zeit das Kontaktpaar 44 schließt. Eine auf der Welle des Motors angebrachte Rückzugsfeder 54 bringt den Kontaktarm nach der Abschaltung des Fehlers wieder in die Anfangslage zurück. . .

Die Erfindung eignet sich ferner noch für Verwendungszwecke, bei welchen eine Meßgröße mit der Summe mehrerer anderer Meßgrößen zu .vergleichen ist. Solche Anordnungen finden sich beispielsweise in Kraftwerken, wo eine Reservemaschine entsprechend der +5 Summe der Belastungen der übrigen Maschinen geregelt wird.. Die zu summierenden Belastungsstrqme mehrerer. Maschinen oder die Ströme, welche in der Gesamtheit aller Verbraucherleitungen fließen, lassen sich gleichrichten und dann zu einer entsprechenden Gesamtwirkung vereinigen, indem von diesem Gesamtstrom_: die Gleichstrommagnetisierung des Magnetkörpers .hervorgerufen wird. Der Belastungsstrom des zu regelnden .Generators stellt dann die zweite Vergleichsgröße dar, die also eine Wechselstrommagnetisierung hervorruft. Auch die zweite Größe kann unter Umständen aus mehreren Werten zusammengesetzt sein, wozu man . allerdings vorher die Einzelströme ebenfalls zusammensetzen muß. Wesentlich ist, daß der eine Magnetisierungsstrom des gesättigten Magnetkörpers ein Wechselstrom und der andere ein Gleichstrom ist.

Eine Aufgabe, wo ein Gleichstrom und ein Wechselstrom ein Relais beeinflussen sollen, liegt beispielsweise dann vor, wenn der Ansprechstrom eines Generatorschutzrelais von der Höhe des Erregerstromes abhängig sein soll. Handelt es sich darum, daß eine bestimmte Stromstärke oder Spannung beim ' Absinken unter einen bestimmten Wert eine Signaleinrichtung oder ein Relais betätigen soll, dann kann man gemäß der Erfindung so verfahren, daß diese zu überwachende Größe gleichgerichtet wird und die Gleichstrommagnetisierung liefert und daß ein fremder Wechselstrom zu Hilfe genommen wird, welchen die Wechselstrommagnetisierung liefert und eine solche Stärke hat, daß die Induktion des Maghetkörpers unter die Sättigungsgrenze sinkt, sobald die Gleichstrommagnetisierung den zulässigen unteren Grenzwert unterschreitet.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Relais- oder Anzeigevorrichtung, welche anspricht, wenn ein zu überwachender Strom (Spannung) eine durch einen Vergleichsstrom festgesetzte Grenze über- oder unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß der eine dieser Ströme eine Gleichstrommagnetisierung, der andere . eine Wechselstrommagnetisierung eines gemeinsamen magnetischen Kreises hervorruft und daß die Größen der Gleichstrommagnetisierung und der Wechselstrommagnetisierung derart aufeinander abgestimmt sind, daß die im Bereich unterhalb der Sättigung des Magnetkreises eintretenden Änderungen des Kraftflusses nur dann, entstehen, wenn die Wechselstromerregung diejenige Größe erreicht oder übersteigt,, bei welcher das Relais oder die Anzeigevorrichtung ansprechen soll.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, welche anspricht, wenn ein Strom oder eine Spannung unter einen bestimmten Wert sinkt, .dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachende Stromstärke (oder Spannung) die Gleichstrommagnetisierung, der Vergleichsstrom . aber die Wechselstrommagnetisierung hervorruft, deren Höhe .für den Ansprechwert des zu überwachenden Stromes (oder Spannung) maßgebend ist.
3. 3.. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an eine auf dem Magnetkörper (1, 18, 19) angebrachte Wicklung (7, 25, 26) der Zündkreis eines Glimmrelais (9, 27, 28)

   angeschlossen ist, in dessen Anodenkreis ein Relais (6, 33, 34) liegt, das anspricht, wenn die Magnetisierung des Magnetkörpers (1) unter die Sättigungsgrenze S sinkt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (1, 18, 19) eine besondere Wicklung (7, 25, 26) für den Zündkreis des Glimmrelais (9, 25, 26) trägt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis des Glimmrelais an die Gleichstromwicklung des Magnetkörpers angeschlossen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (18, 19) von Strom und Spannung eines Netzes (10) erregt wird, so daß eine zur Erregung des Relais (33, 34) ausreichende Spannung bei Absinken der Netzimpedanz unter einen bestimmten Grenzwert auftritt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 für

   Leitungsschutzzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anordnungen nach Anspruch 6, die auf verschiedene Impedanzgrenzwerte eingestellt sind, Hilfsrelais , (13, 14) mit verschiedener Verzögerungszeit für die Auslösung des Leitungsschalters (12) steuern, wobei die auf die kleinste Leitungsimpedanz eingestellte ' Anordnung (27) das Hilfsrelais (13) mit der kleinsten Verzögerungszeit steuert.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden für den Schutz von Generatoren,· dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vom Erregerstrom des Generators abhängige Gleichstrommagnetisierung besitzt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder die Summe mehrerer Ströme einerseits mit einem oder der Summe mehrerer Ströme andererseits verglichen werden, indem die einen Strome in der einen Stromart, die anderen Ströme in der anderen Stromart den Magnetkreis magnetisieren.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen